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Arbeitsgruppe Neurovaskuläre Bildgebung

Leiter:

Prof. Dr. med. Andreas Harloff

Neurologische Klinik
Universitätsklinikum Freiburg
Tel.: +49 (0) 761 270 53240
andreas.harloff@uniklinik-freiburg.de

MitarbeiterInnen:

Ärzte:

Doktorandinnen und Doktoranden:

Ziele:

Mit etablierten und neuen bildgebenden Methoden optimal die Morphologie und Strömung kardialer Strukturen und arterieller Gefäße zu analysieren, die für die Entstehung des Schlaganfalls relevant sind. Im Fokus stehen daher das persistierende Foramen ovale (PFO), die thorakale Aorta, die Karotisbifurkation, die intrakraniellen Arterien und Venen sowie die zerebrale Mikroperfusion. Neben hochauflösenden Ultraschallverfahren werden hierfür vor allem 3 Tesla und 9.2 Tesla Magnetresonanztomographie (MRT)-Geräte eingesetzt. Die Analyse von Plaques der Arteria carotis interna erfolgt zusätzlich mittels Mikro-Computertomographie (CT) und Histopathologie. Dabei bestehen folgende Forschungsziele:

• Untersuchung der lokalen Hämodynamik als Auslöser für die Atherogenese
• Automatische Plaqueanalyse mittels multimodaler Bildgebung (MRT, CT)
• Darstellung und Untersuchung neuer Schlaganfallursachen
• Dreidimensionale Erfassung der zerebralen Mikro- und Makroperfusion

Unsere Forschung ist sehr interdisziplinär angelegt und profitiert durch die bereits seit Jahren bestehende intensive und erfolgreiche Kooperation mit den Abteilungen Diagnostische Radiologie/MR Physik in Freiburg (Methodenentwicklung), dem Labor für Präklinische Bildgebung und Bildgebungstechnologie der Universitätsklinik Tübingen (Mikro-CT), mit Fraunhofer Mevis in Bremen (Bildbearbeitung), sowie mit den Abteilungen Kardiologie und Angiologie, Neuroradiologie, Herz- und Gefäßchirurgie der Universitätsklinik Freiburg und dem Institut für Pathologie der Universitätsklinik Köln.

Aktuelle Projekte:

#1 MRT der Aorta

Bei akuten Schlaganfallpatienten konnten wir zeigen, dass Plaques der thorakalen Aorta mit Hilfe moderner MRT-Protokolle bei 3 Tesla zuverlässiger entdeckt werden als mit der transösophagealen Echokardiographie (TEE). Außerdem fand sich fast immer ein Rückstrom von Plaques der proximalen Aorta descendens in den Aortenbogen, so dass diese sehr wahrscheinlich eine wichtige und bislang unberücksichtigte Schlaganfallursache darstellen (siehe Video). Ziel ist die Entwicklung eines 3D Multikontrast-MRT-Protokolls zur optimalen Plaquedetektion, die Quantifizierung der 3D Embolisierungswege von der Plaque in das betroffene Hirnareal und die unmittelbare klinische Anwendung. Durch die Korrelation der aortale Wandschubspannung und Pulswellengeschwindigkeit mit der Plaquelokalisation sollen Parameter identifiziert werden, die für die Entstehung und das Fortschreiten der Arteriosklerose in der Aorta verantwortlich sind.

Darstellung des Blutflusses mit Hilfe sogenannter „Particle Traces“, die den tatsächlichen Blutstrom des Patienten zeitaufgelöst und dreidimensional darstellen. Bei diesem Patienten findet sich in der späten Diastole ein Blutrückstrom in den Aortenbogen von einer Hochrisikoplaque in der proximalen Aorta descendens, die somit eine potentielle Schlaganfallursache darstellt. (Details siehe bei Harloff A et al. Der Nervenarzt 2009;80:929-40)

#2 MRT der Karotis

Im Gegensatz zu klinischen Standardmethoden kann mit der Fluss-sensitiven 4D MRT gleichzeitig die Morphologie und Strömung bei Stenosen der Arteria carotis interna erfasst werden. So lässt sich erstmals in-vivo die komplexe 3D Blutströmung darstellen (siehe Video). Die gewonnenen Daten ermöglichen die genaue Quantifizierung der Scherkräfte entlang der Gefäßwand, so dass Areale in der Karotisbifurkation mit niedriger oder oszillierender Wandschubspannung und somit wahrscheinlich erhöhtem Risiko der Atherogenese in-vivo identifiziert werden können. Gegenwärtig analysieren wir den Einfluss der Hämodynamik auf die regionale Enstehung aber auch auf die morphologische Zusammensetzung von Plaques der Arteria carotis interna.

Darstellung des dreidimensionalen und zeitaufgelösten 3D Blutflusses in der linken Karotisbifurkation einer gesunden Probandin mittels „Particle Traces“. Hier ist der physiologische, helikale Fluss, der durch die proximale Dilatation der A. carotis interna (rechts) im Gegensatz zur A. carotis externa entsteht (links), gut sichtbar. (für Details siehe z.B. Harloff A et al. Der Nervenarzt 2009;80:929-40)

#3 Automatisierte ex-vivo Plaqueanalyse

Da neben dem Stenosegrad auch die Plaquekomposition in der Arteria carotis interna (ACI) darüber entscheidet, wann eine Plaque rupturiert und zu einem Schlaganfall führt, arbeiten wir an einer optimalen und nicht-invasiven Darstellung dieser Atherome. Die ex-vivo Analyse resezierter Karotisplaques ermöglicht vorbereitend die Erprobung und Testung verschiedener Sequenzen in der 3D MRT- und CT-Mikroskopie mit hoher räumlicher Auflösung (100um³). Durch die digitale Fusionierung der Verfahren, die Gewebeerkennung mittels spezieller Auswerte-Software sowie die histopathologischen Referenzbefunde soll die individuelle Plaquekomposition in 3D nach den Kriterien der American Heart Association automatisch klassifiziert und mit der 3D Strömungsanalyse aus Projekt #2 direkt kombiniert werden. Mittelfristig sollen diese Prinzipien bei Patienten eingesetzt werden, um diejenigen mit vulnerablen Plaques der Karotiden und hohem Embolierisiko rechtzeitig zu erkennen. spezielle

3D Darstellung einer resezierten Karotisplaque eines Patienten mit hochgradiger Stenose der ACI. In der hochaufgelösten 3D T1-Messung (räumliche Auflösung 100€µm3) sind einzelne Plaquekomponenten abgrenzbar. Rot gefärbt sind Verkalkungen innerhalb der Plaque markiert, die mittels Mikro-CT und durch die Fusion mit dem 3D MRT-Datensatz identifiziert wurden.

Kooperationspartner der Universitätsklinik Freiburg:

Externe Kooperationspartner:

PD Dr. Alex Frydrychowicz, Department of Radiology, University of Wisconsin, USA

Dr. Heike Göbel, Institut für Pathologie, Universitätsklinik Köln

Prof. Dr. Bernd Pichler und Julia Mannheim, Labor für Präklinische Bildgebung und Bildgebungstechnologie, Universitätsklinik Tübingen

Dr. Anja Hennemuth und Dr. Ola Friman, Fraunhofer Mevis, Institute for Medical Image Computing, Bremen

Publikationen:

siehe Harloff A bei PubMed